摘 要：本文通過對某桁架拱橋現(xiàn)存病害成因及拱橋受力分析，提出維修加固設計方案，可為類似工程病害加固處理提供參考。

關鍵詞：單跨桁架拱橋；上弦桿；下弦桿；微彎板；裂縫；拱軸線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.120

桁架拱橋是上世紀六十年代在雙曲拱橋基礎上發(fā)展起來的一種橋梁型式，因其具有工期短、施工工序少、人工省、自重輕、水平推力小、抗震性好、對軟土地基適用性好等優(yōu)點在國內(nèi)得到了廣泛的應用[ 1]。目前上海市農(nóng)村橋梁中存在很多單跨桁架拱橋，這類橋梁由于設計和施工中存在的不足，又加之經(jīng)歷多年使用后，橋梁呈現(xiàn)出不同程度的病害。

1 工程概況

上海市某農(nóng)村橋為豎桿式桁架拱橋，上部結構共有3榀桁架拱片，桁架拱片中心距為2.0m，上弦桿截面尺寸為0.25m×0.12m，下弦桿截面尺寸為0.6m×0.25m，豎桿截面尺寸為0.3m×0.25m。每榀下弦桿空腹段上方均設有12根豎桿，兩榀下弦桿間對應豎桿位置上下各設有1榀橫系梁，下弦桿實腹段共設有9榀橫系梁。下部結構采用組合式橋臺。橋面總寬為4.4m，橋?qū)挷贾脼椋?.2m欄桿基座+4m通行寬度+0.2m欄桿基座。兩端橋臺處均設簡易斷縫，橋面采用6cm厚的鋼筋混凝土鋪裝。

2 主要病害及拱軸線測量

2.1 上部結構

（1）該橋桁架拱豎桿與上、下弦桿的連接節(jié)點處及上弦桿與實腹段交界處多處出現(xiàn)半環(huán)向裂縫（見圖1），裂縫寬度在0.1mm～0.4mm之間，部分裂縫寬度已超過《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》[2]規(guī)定的混凝土拱橋裂縫寬度限值0.3mm，這主要是由于桁架拱片無斜撐，每2根豎桿間即形成一個四邊形節(jié)間，而這樣的節(jié)間結構其節(jié)點剛性較弱，因此使豎桿產(chǎn)生較大的附加彎矩，并且由于混凝土收縮、徐變及拱腳位移等更加大了豎桿與上、下弦桿連接處截面的附加彎矩，因而致使豎桿上、下部截面混凝土開裂。

（2）該橋桁架拱上弦桿上緣近豎桿多處出現(xiàn)豎向及橫向裂縫，其中1#上弦桿位于1-12#豎桿南側裂縫寬度達4mm，上弦桿已接近斷裂（見圖2）。其余上弦桿裂縫寬度在0.2mm～0.4mm之間，部分裂縫寬度已超過《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》[2]規(guī)定的混凝土拱橋裂縫寬度限值0.30mm。這是由于相鄰豎桿間中心距較大，在活載作用下，桁架拱上弦桿在近豎桿處產(chǎn)生負彎矩，在豎桿間受正彎矩作用，導致上弦桿出現(xiàn)裂縫。

（3）2-3-4#～5#橫梁間微彎板均有縱橋向裂縫，裂縫最大寬度為0.4mm，已超過《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》[2]規(guī)定的鋼筋混凝土梁主筋附近豎向裂縫允許最大寬度限值0.25mm，為典型的正彎矩裂縫。

2.2 橋面系及附屬結構

（1）橋面鋪裝距0#橋臺和1#橋臺1.9m處均橫向開裂，裂縫對應位置上弦桿已基本斷裂，此病害是由于臺背發(fā)生了沉降及轉(zhuǎn)動，上弦桿與牛腿脫開，呈懸臂狀態(tài)，懸臂長度較大（約2m），截面尺寸小，配筋率低，在荷載作用下斷裂。

（2）其他病害：①兩端簡易斷縫填充物均缺失，且簡易斷縫縫寬過大，應是兩端拱腳產(chǎn)生一定程度的位移，橋梁跨徑變大所致。②全橋橋面鋪裝露骨嚴重。

2.3 拱軸線測量

拱軸線測量是拱橋檢測關鍵內(nèi)容，該橋主拱拱軸線測量使用徠卡TS-30型全站儀，采用局部后方交會法對該橋兩側的主拱圈進行拱軸線測量，測點沿下弦桿下緣布置，將測點三維坐標轉(zhuǎn)換成下弦桿平面內(nèi)的二維坐標，坐標系原點為每榀下弦桿的第一個測點，橫坐標正方向為由南向北，縱坐標的正方向為由下向上。實測拱軸線較為平順，未見明顯異常變形。

3 承載能力檢算

3.1 檢算荷載

該橋檢算永久荷載包括結構自重、二期恒載，可變荷載包括人群荷載、拱腳變位、溫度影響力。因該橋建造年代較為久遠，設計荷載等級較低，本次檢算采用《公路橋涵設計通用規(guī)范》[3]中荷載等級最低的汽車荷載汽車-10級進行檢算。另外，管理單位欲將該橋改建為人行景觀橋，依據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》[3]規(guī)定，同時采用人群荷載3.5kN/m2檢算，如不滿足，則降低荷載等級進行檢算。

3.2 檢算依據(jù)

本次檢算針對桁架拱片進行，檢算中結構材料強度和結構尺寸均以現(xiàn)場實測結果為依據(jù)。根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程》[2]，該橋承載能力檢算判式如下：；該橋剛度檢算判式如下：。根據(jù)該橋詳細檢查和檢測評定的結果，檢算判式中的各參數(shù)取值；；；；；。

3.3 上部結構檢算

（1）從現(xiàn)場檢查、檢測結果可知，該橋大量豎桿頂部和底部均有明顯半環(huán)向裂縫，且上弦桿在近豎桿處有較多的結構裂縫，表明主拱有明顯變位，因此本次檢算時考慮拱腳3cm的水平位移。

（2）根據(jù)現(xiàn)場無損檢測結果，桁架拱片的混凝土強度推定值分別不小于29.1MPa，檢算時桁架拱片各項材料指標按30號（C28）混凝土取值。

（3）采用橋梁博士（V3.2.0）程序建立單榀桁架拱片有限元平面桿系模型進行分析，計算模型見圖3。

3.4 檢算結果

3.4.1 承載能力極限狀態(tài)

桁架拱片主要控制截面荷載效應最不利組合值及截面承載能力檢算結果見表1。

注：主拱軸力“+”表示受壓，“-”表示受拉；彎矩“-”表示截面上緣受拉，“+”表示截面下緣受拉。

上表計算結果表明，該橋桁架拱片的極限承載能力不能滿足檢算荷載汽車-10級及人群荷載3.5kN/m2的安全承載要求，僅能滿足檢算荷載人群荷載1.0kN/m2的安全承載要求。

3.4.2 正常使用極限狀態(tài)

正常使用極限狀態(tài)下，桁架拱片的剛度驗算結果見表2。

上表計算結果表明，在檢算荷載汽車-10級作用下，下弦桿撓度大于規(guī)范允許值，豎向剛度不滿足要求，在人群荷載3.5kN/m2作用下，下弦桿撓度小于規(guī)范允許值，豎向剛度滿足要求。

4 維修加固處理

目前該橋桁架拱片的承載能力不能滿足檢算荷載汽車-10級及人群荷載3.5kN/m2的安全承載要求，僅能滿足檢算荷載人群荷載1.0kN/m2的安全承載要求。對于此類橋梁一般建議拆除重建，考慮到該橋周邊在進行景觀改造且拆除重建費用較高，向部門建議維修加固后該橋作為景觀人行橋使用。為此本次維修加固主要從提高承載能力、耐久性、使用性方面進行維修加固。

（1）為提高橋梁承載能力，確保結構安全主要采取以下維修加固措施：

1）對全橋受力裂縫：裂縫寬度小于0.15mm，采用裂縫灌注膠表面封閉處理；裂縫寬度大于等于0.15mm，采用裂縫灌注膠壓力灌注法進行處理。

2）對于全橋桁架拱片豎桿與上、下弦桿連接節(jié)點處，兩側粘貼異型鋼板進行加固，鋼板厚度5mm。外側鋼板粘貼范圍為節(jié)點圓弧段外20cm，上弦桿內(nèi)側鋼板緊貼橫隔梁下緣，下弦桿內(nèi)側鋼板緊貼橫隔梁上緣。

3）為提高拱腳的承載能力，對全橋主拱片兩端拱腳部位，進行增大截面法[4]圍套加固。鑿除拱腳加固范圍的混凝土，布置圍套鋼筋，圍套支模澆筑自流平結構加固料，圍套厚度為10cm，圍套范圍長為2m。

4）兩端橋臺專項維修。自橋臺至第1排豎桿范圍內(nèi)橋面板及上弦桿全部拆除重筑，為防止橋臺再次出現(xiàn)轉(zhuǎn)動造成上弦桿脫空，本設計在上弦桿及豎桿間新增1根斜桿。兩端橋臺上部結構維修加固采用整體現(xiàn)澆，兩端橋臺新增RG-80型型鋼伸縮縫保護帶一并與上部重筑構件整體澆筑。兩端橋臺加固材料采用自流平加固料澆筑，新筑構件通過植筋與原結構連接。

（2）為與周邊景觀協(xié)調(diào)，保證橋梁的耐久性和使用性，主要采取如下措施：

1）對全橋存在的混凝土銹脹、露筋、破損處，先鑿除銹蝕鋼筋表層混凝土至堅實界面并在鋼筋表面涂阻銹劑，然后采用混凝土結構加固用聚合物修補砂漿修補復原。

2）對全橋橋面加罩3mm厚彩色高強水泥聚合物，增強橋面美觀性。

3）維修加固完成后，對橋梁主拱片外表面涂刷兩遍水泥基滲透結晶型漿料，提高混凝土結構耐久性。

5 總結

本次維修加固方案主要是將不能滿足現(xiàn)行規(guī)范安全承載要求的車行桁架拱橋，通過維修加固后改造為景觀人行橋。目前該橋已維修加固完成，運營狀態(tài)良好，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，可為同類橋梁加固處理提供參考。

參考文獻：

[1]俞同華，林長川，鄭信光.鋼筋混凝土桁架拱橋[M].北京：人民交通出版社，1984.

[2]中華人民共和國交通運輸部.公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]中華人民共和國交通運輸部.公路橋涵設計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4]中華人民共和國交通運輸部.公路橋梁加固設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2008.

作者簡介：韓平（1988-），女，河南商丘人，碩士，研究方向：橋梁加固設計。